zaharia_locomotive cu abur

5/17/2018 Zaharia_locomotive Cu Abur - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/zaharialocomotive-cu-abur 1/8

ÎNCERCĂRI TENSOMETRICE EFECTUATE LA ŞASIULLOCOMOTIVELOR CU ABUR

Nicuşor Laurenţiu ZAHARIA

STEAM LOCOMOTIVE FRAME EXPERIMENTALSTRESS ANALYSIS

Abstract: Experimental stress analysis with strain transducers

bases where discovered by Kelvin in 1850. Wheatstone bridge wasalready known from 1833 (it was made by Hunter Christie) wasdeveloped by Charles Wheatstone in 1843. In Romania experimentalstress analysis method for railway vehicles is used from 1960. The firsttesting laboratory was in now known Romanian Railway Authority.

Cuvinte cheie: locomotivă cu abur, frem, tensometrie

1. Introducere

La mijlocul secolului trecut, locomotivele cu abur se utilizat încă pecăile ferate româneşti, chiar dacă locomotiva diesel îşi făcuse apariţia.Printre acestea, seria 150.000 (fig. 1) îşi făcea serviciul atât laremorcarea trenurilor de marfă cât şi a trenurilor de călători (fig. 2).

În România, locomotivele cu abur s-au produs la Uzina din Reşiţaşi la Uzina Malaxa din Bucureşti. Seria 150.000 a fost produsă deUzinele din Reşiţa între anii 1946 – 1960 (fig. 3) şi de către Uzina 23 August Bucureşti între anii 1946 – 1949.

Lucrarea îşi propune să prezinte încercările tensometrice

efectuate la locomotiva cu abur seria 150239 în anul 1962 de către ing.



Mihai Buga şi ing. Constantin Georgescu, rolul autorului fiind doar acelade a propune cititorului o mică călătorie în timp.

Fig. 1 Locomotiva 150.1114, exponat în gara Braşov

Fig. 2 Locomotiva 150.167,remorcând un tren de persoane pe

ruta Oradea - Cluj

Fig. 3 Locomotiva 150.1000, fabricată la Reşiţa

Constându-se apariţia unor fisuri la lonjeroanele locomotivelor seria150.000 construite la Uzinele Reşiţa şi aflate în exploatare numai de câţiva ani,

Direcţia Tracţiune şi Vagoane prin actul nr. 90/116 col.1962, Direcţia Material Rulant din M.T.Tc prin actul nr. 250/874 col.1962 au solicitat Institului deCercetări Transporturi şi Telecomunicaţii efectuarea unor încercări

tensometrice la lonjeroanele acestor locomotive atât în timpul repararăii lor înatelier cât şi în timpul exploatării locomotivei în condiţii normale de încărcare şi solicitare. Aceste încercări s-au cerut în scopul determinării solicitărilor reale ale lonjeronului în regiunea unde au apărut defectele (fisurile) urmând ca

pe baza rezultatelor încercărilor să se stabilească soluţiile de remediere,respectiv consolidarea lonjeronului în zona respectivă. Pentru aceste încercăria fost pusă la dispoziţie în atelierele Reparaţie Material Rulant „16 Februarie”Cluj cu ocazia reparaţiei capitale, locomotiva 150239.

2. Pregătirea şi efectuarea măsurătorilor sub sarcina statică



S-au aplicat în total 43traductori în regiunea cu defecteindicate de beneficiar şi anume pelonjeronul drept în regiunea cuprinsăîntre cilindru şi fereastra osiei 2cuplară; dintre aceşti traductori 15 au

fost de tip M 120 – cu lungimea activăde 10 mm – aplicaţi în special laracordurile ferestrelor şi restul 28traductori tip C 120 cu lungimeaactivă de 20 mm.

Fig. 4 Amplasamentul traductorilor (planşă ozalid - foto)

Amplasarea şi numerotarea traductorilor este arătată în planşa I (fig. 4).

2.1. Măsurători la ridicarea fremului liber în macara

În timpul reparaţiei capitale alocomotivei, fremul se aşază liber pe 3capre, punctele de sprijin în care iaunaştere reacţiunile V A , V B şi V C fiind

plasate astfel cum se arată în planşa 2(fig. 5).

Fremul este fără cazan, dar aremontaţi ambii cilindri; în această

situaţie, în care s-a făcut de fapt aplicarea traductoarelor, lonjeronii seaflă în starea iniţială de solicitare laîncovoiere datorită greutăţii

Fig. 5 Amplasarea punctelor de rezemare şi ridicare

cilindrilor,a tuturor traverselor şi pendularelor fremului precum şi datorită greutăţii proprii a lonjeronilor. La ridicarea în macara, fremul se prinde de lacapete, astfel că lonjeronii lucrează la încovoiere ca grinzi simplu rezemate la

capete (unde apar reacţiunile F 1 şi F 2 ) încărcate cu sarcinile amintite mai sus. Prin măsurătorile efectuate s-au stabilit diferenţele tensiunilor, în

punctele măsurate, ce apar datorită solicitărilor de încovoiere a lonjeronilor încele două situaţii de rezemare a fremului (iniţial pe cele 3 capre şi apoi încârligele macaralei).

Se remarcă următoarele:- la ridicarea în macara, în punctele de măsurate, în afară de

racordările ferestrelor, eforturile unitare rămân sub valoarea rezistenţeiadmisibile;



- modul de fixare a legăturilor ferestrelor influenţează mărimeatensiunilor în lonjeron; în cazul fixării cu buloane a legăturilor, tensiunilor, maiales în regiunile de racordare ale ferestrelor, sunt sensibil mai mici decât în

cazul fixării provizorii (fără buloane) a acestor legături;- la racordările ferestrelor, în special la fereastra primei osii cuplare,apar tensiuni de valori periculoase; astfel, la prima fereastră, cu legăturanefixată în buloane, apar tensiuni de circa 3550 kg/cm2 la una din racordări(traductorii 12 şi 13) şi de circa 3950 kg/cm2 la cealaltă racordare (traductorul 16), tensiuni ce scad în cazul fixării cu buloane a legăturii, la circa 3200kg/cm2; la fereastra celei de a doua osii cuplare, tensiunile sunt mai miciridicându-se la circa 2500 kg/cm2 (traductorii 41 şi 45).

Deşi o determinare exactă a solicitării iniţiale a lonjeronilor este, după

cum am spus, greu de realizat, totuşi se poate stabili prin calcul un raport aproximativ între mărimile solicitărilor ce apar în cele două situaţii derezemare a fremului, raport care să conducă la evaluarea cu o oarecareaproximaţie a valorilor absolute a tensiunilor produse în lonjeron la ridicarea

fremului în macara. Acest calcul, ştiind că greutatea unui cilindru este P=1500kg şi că greutatea unui lonjeron este G≈ 3100 kg, se poate face în douăvariante, considerând că iniţial lonjeronul reazemă în 3 puncte sau în 2 puncte.

2.1.1. Lonjeronul considerat ca grindă continuă pe 3 reazeme

Schema de încărcare şi rezemare a lonjeronului se prezintă ca în figura1 (fig. 6).

Fig. 6 Lonjeronul considerat cagrindă continuă pe 3 reazeme

După cum se vede s-aconsiderat că lonjeronul esteîncărcat cu o sarcină concentrată

P=1500 kg, distribuită p cereprezintă greutatea proprie alonjeronului şi greutatea celorlalteelemente ale fremului ce revineunui lonjeron, dacă greutateaacestora se aproximează 25% din

greutatea lonjeronilor se obţine:

mkg L

G p /300

13020

310025,125,1 ≈−=−=

în care: G – reprezintă greutatea proprie a lonjeronului şi L – lungimea totală a lonjeronului.

Cu datele şi notaţiile din figura 1 (s-a notat cu c = 4,00 m şi d = 5,65 mdistanţele până la axa ferestrei I respectiv II) pentru cazul rezemării pe cele 3capre (fig. 6) se obţin:



- momentele pe reazemele extreme:

p p M ⋅−=⋅−= 41,12

682,10

p P p P M ⋅−⋅−=⋅−−= 3,6025,12

55,3

025,1

2

2

- momentele maxime de deschidere:

p pl p

M ⋅=⋅=⋅

= 31,18

24,3

8

22

1'

p pl p

M ⋅=⋅=⋅

= 58,28

55,4

8

22

2''

- momentul M 1 pe reazemul mijlociu, dedus din ecuaţia celor 3 momente( 02221110

6)(2 Al M l l M l M −=⋅++⋅+⋅ ):

p P M ⋅+⋅=

1,03,01

- momentele în secţiunile I şi II:kgm p P M

I 276030075,4150089,075,489,0

'−=⋅−⋅−=⋅−⋅−=

kgm p P M II

84030078,0150041,078,041,0'

−=⋅−⋅−=⋅−⋅−=

În cazul ridicării în macara, lonjeronul reprezintă o grindă simplurezemată la capete şi de obţine:

kgm P p M I

8040150075,130004,1875,104,18'

=⋅−⋅=⋅+⋅=

kgm P p M II

8385150043,13008,2043,18,20'

−=⋅+⋅=⋅⋅= . Diferenţa de solicitare între cele două situaţii de rezemare, pentru care

s-au efectuat măsurătorile este:kgm M M M

I I I 1080027608040

'''=+=−=

kgm M M M PI II II

92258408385'"'

=+=−= . Raportul dintre solicitarea reală şi cea măsurată este:

- pentru fereastra I:

%5,74745,010800

8040"

====

I

I

I M

M r

- pentru fereastra II:

%9191,092258385

"

====

II

II

I M M r

Înmulţind valorile tensiunilor măsurate cu aceste rapoarte se obţineforturile unitare absolute de întindere: circa 2400 kg/cm2 pentru fereastra I şicirca 2300 kg/cm2 pentru fereastra II.

2.1.1. Lonjeronul considerat ca grindă continuă pe 2 reazeme

Deoarece în general nu se poate asigura buna sprijinire a fremului pecele 3 capre, se poate considera că în majoritatea cazurilor, fremul sprijină

numai pe cele două capete extreme, astfel că lonjeronul se poate considera ca o grindă simplu rezemată pe două reazeme ca în figura 2 (fig. 7).



În această situaţie, se obţinurmătoarele valori pentrumomentele din secţiunile I şi II:

kgm

p P M I

2766

30037,4150097,0

37,497,0'

−

=⋅−⋅−

=⋅−⋅−=

kgm

p P M II

834

30097,0150075,0

97,075,0'

−

=⋅+⋅−

=⋅+⋅−=

După ridicarea în macara se produc momentele încovoietoare

'

I M şi '

II M de aceleaşi valori ca în

cazul precedent astfel cădiferenţele de solicitare sunt:

Fig. 7 Lonjeronul considerat cagrindă continuă pe 2 reazeme

kgm M M M I I I

1080627668040'''

=+=−=

kgm M M M II II II

92198348385'"'

=+=−=

Se observă că se obţin aproximativ aceleaşi valori pentru momentele M I şi M II ca în cazul precedent, astfel că valorile rapoartelor r I şi r II vor fi aceleaşi şi prin urmare eforturile unitare de întindere vor fi şi ele de aceleaşi valori camai sus: circa 2400 kg/cm2 pentru fereastra I şi circa 2300 kg/cm2 pentru

fereastra II.2.2. Măsurători la ridicarea cu macaraua a fremului cu cazanul

montat

După aşezarea şi prinderea cazanului de fremul rezemat pe cele 3 capre s-au efectuat măsurători la ridicarea fremului în macara în două variante şianume:

a) prinderea în macara s-a făcut la capetele fremului (forţele F 1 şi F 2 ,

planşa 2); această măsurătoare s-a efectuat pentru a stabili influenţa prinderilor fremului de cazanul locomotivei.b) prinderea în macara s-a făcut de cazan (forţele F 3 şi F 4 , planşa II);

această prindere se face în mod obişnuit la manevrarea în atelier a fremului cucazanul montat pe el.

2.3. Măsurători la ridicarea locomotivei de pe osii



Aceste măsurători s-au efectuat la ridicarea fremului (cu cazanul montat) de pe osii în două variante: ridicarea cu osiile montate şi ridicarea de

pe osii (legăturile fiind demontate).

3. Pregătirea şi efectuarea măsurătorilor în parcurs

Programarea parcursurilor de probă s-a făcut astfel ca să se realizezeregimul de funcţionare la care este supusă în mod normal în exploatarelocomotiva de acest tip; astfel locomotiva a fost programată la trenuri de marfă

pe distanţa Ploieşti-Triaj – Feteşti (de menţionat că după introducerealocomotivelor diesel electrice, locomotivele seria 150.000 nu mai sunt

programate la trenuri de marfă pe linia Ploieşti – Braşov, unde s-ar fi realizat condiţii mai grele de exploatare).

4. Concluzii şi propuneri4.1. Concluzii

În urma constatărilor făcute la măsurătorile în regim static şi dinamic, se pot trage concluziile şi face propunerile următoare:

a)În locurile unde s-au produs fisuri în lonjeron, se produc atât la solicitarea statică cât şi în mers, tensiuni de valori periculoase; astfel atât laracordările ferestrelor (la solicitarea statică, în special la fereastra I) cât şi în

secţiunea slăbită de găurile buloanelor de prindere ale suportului port-saboţidintre fereastra I şi II, tensiunile ating valori mari şi chiar foarte mari, ceea ceexplică apariţia fisurilor în secţiunile respective;

b) Solicitările periculoase constatate se datorează, unei formenecorespunzătoare a lonjeronului în locurile respective, din care cauză apar

puternice concentrări de tensiuni; acest lucru este confirmat de faptul cătensiunile scad repede la distanţe mici de locul concentratorului; […]

c) Cele mai periculoase solicitări apar la manevrarea fremului liber înmacara, când se poate produce ruperea sau fisurarea lonjeronilor.

4.2. Propuneri De aceea este necesar să se ia următoarele măsuri:

1. Să se elimine cauzele ce duc la concentrarea puternică atensiunilor, consolidându-se secţiunile slăbite şi mărindu-se razele deracordare la ferestrele osiilor; trebuie menţionat că lonjeronii locomotivei seria150.1000, au racordări cu raze mult mai mari la ferestre, iar decupările

practicate între ferestre sunt mult mai mici şi de formă circulară, astfel că slăbirile de secţiune şi concentrările de tensiuni sunt mult mai mici;



2. Manevrarea fremului cu macaraua să se facă cu deosebită atenţie,evitându-se şocurile şi numai după ce s-au fixat bine legăturile la ferestre. Esteindicat ca manevrarea fremului liber (fără cazan) cu macaraua, să nu se mai

facă prin prinderea de la capete; un efect foarte favorabil prezentându-l prinderea de sub blocul cilindrilor ceea ce ar evita acţiunea greutăţii acestoraasupra restului fremului.

În prezent, Laboratorul Material Rulant din cadrul OrganismuluiNotificat Feroviar Român al Autorităţii Feroviare Române, dispune deaparatură modernă pentru achiziţia de date în regim static şi dinamicpentru probele tensometrice: Hottinger Centipede cu 180 canale,Hottinger MGCplus cu 32 canale şi Spider8 cu 8 canale.

Bibliografie[1] Buga M., Georgescu C., Încercări tensometrice la fremul locomotivei

150239, (temă de cercetare), 1962

dr. ing. Nicuşor Laurenţiu ZAHARIA Autoritatea Feroviară Română – AFER BucureştiCalea Griviţei nr. 393, sector 1,010719, Bucureşti

[email protected]

mailto:[email protected]



zaharia_locomotive cu abur

Documents